REGULATION DE L'EXPRESSION ET LOCALISATION DE DEUX DIGUANYLATE CYCLASES CHEZ VIBRIO CHOLERAE. par. Davina Cloutier

REGULATION DE L'EXPRESSION ET LOCALISATION DE DEUX DIGUANYLATE CYCLASES CHEZ VIBRIO CHOLERAE par Davina Cloutier memoire presente au Departement de biologie en vue de l'obtention du grade de maitre es sciences (M.Sc.) FACULTE DES SCIENCES UNIVERSITE DE SHERBROOKE Sherbrooke, Quebec, Canada, septembre 2010

1*1 Library and Archives Canada Published Heritage Branch 395 Wellington Street OttawaONK1A0N4 Canada Bibliotheque et Archives Canada Direction du Patrimoine de I'edition 395, rue Wellington Ottawa ON K1A 0N4 Canada Your We Votre reference ISBN: 978-0-494-70774-6 Our file Notre r6f6rence ISBN: 978-0-494-70774-6 NOTICE: The author has granted a nonexclusive license allowing Library and Archives Canada to reproduce, publish, archive, preserve, conserve, communicate to the public by telecommunication or on the Internet, loan, distribute and sell theses worldwide, for commercial or noncommercial purposes, in microform, paper, electronic and/or any other formats. The author retains copyright ownership and moral rights in this thesis. Neither the thesis nor substantial extracts from it may be printed or otherwise reproduced without the author's permission. AVIS: L'auteur a accorde une licence non exclusive permettant a la Bibliotheque et Archives Canada de reproduire, publier, archiver, sauvegarder, conserver, transmettre au public par telecommunication ou par I'lnternet, preter, distribuer et vendre des theses partout dans le monde, a des fins commerciales ou autres, sur support microforme, papier, electronique et/ou autres formats. L'auteur conserve la propriete du droit d'auteur et des droits moraux qui protege cette these. Ni la these ni des extraits substantiels de celle-ci ne doivent etre imprimes ou autrement reproduits sans son autorisation. In compliance with the Canadian Privacy Act some supporting forms may have been removed from this thesis. While these forms may be included in the document page count, their removal does not represent any loss of content from the thesis. Conformement a la loi canadienne sur la protection de la vie privee, quelques formulaires secondaires ont ete enleves de cette these. Bien que ces formulaires aient inclus dans la pagination, il n'y aura aucun contenu manquant. I Canada

Le l er septembre 2010 lejury a accepte le memoire de Madame Davina Cloutier dans sa version finale. Membres du jury Professeur Vincent Burrus Directeur de recherche Departement de biologie Professeur Kamal Bouarab Membre Departement de biologie Professeur Francois Malouin President rapporteur Departement de biologie

SOMMAIRE Le cholera est une grave maladie infectieuse qui sevit encore de nos jours a travers le monde. Elle affecte des milliers de personnes par annee principalement en Afrique et en Asie du Sud- Est. L'agent responsable du cholera est la bacterie Vibrio cholerae. En plus d'infecter l'humain lorsqu'elle est ingeree via la consommation d'eau ou d'aliments contamines, elle possede la capacite de survivre en milieux aquatiques, son habitat naturel. Dans son environnement marin, il est possible de retrouver V. cholerae attache a des surfaces biotiques ou abiotiques grace a sa capacite a former des biofilms. On peut egalement le retrouver sous forme planctonique. La transition entre ces deux modes de vie est favorisee par une petite molecule, le c-di-gmp. Le c-di-gmp est un messager secondaire ubiquitaire retrouve chez les bacteries. En concentration intracellulaire elevee, il permet la regulation de differentes fonctions chez V. cholerae comme 1'augmentation de la formation de biofilms, la diminution de la mobilite et de l'expression de genes de virulence. Sa synthese est catalysee par des enzymes appeles diguanylate cyclases (DGC), caracterisees par la presence d'un domaine GGDEF. On retrouve deux DGC, DgcK et DgcL, ainsi qu'une proteine de regulation, Mex07, sur certains elements genetiques mobiles integres dans le chromosome de V. cholerae. Ces elements sont nommes ICE pour Integrating Conjugative Elements. lis possedent la capacite de se transferer par conjugaison entre microorganismes suite au contact entre deux cellules, ce qui favorise leur dissemination. Cette etude porte sur la caracterisation de la regulation et de la localisation de DgcK, DgcL et Mex07 codees par ICEFc/iMexl. Des fusions transcriptionnelles des promoteurs de dgck et de dgcl avec le gene lacz ont ete construites pour realiser des essais P-galactosidase. La condition optimale determinee permettant l'expression du promoteur PdgcK est une temperature de 37 C. Celles permettant l'expression du promoteur PdgcL sont plutot responsables de stress a la membrane comme la presence de sels biliaires. Les deux activites se completent ainsi dans le contexte physiologique d'une infection, une combinaison de la temperature de croissance et de la presence de sels biliaires. La microscopie a epifluorescence a permis de localiser DgcK surexprimee a un pole cellulaire i

chez V. cholerae. DgcL et Mex07 surexprimees ne semblent pas se localiser toujours au meme endroit chez les cellules. Des analyses bioinformatiques suggerent que DgcL et Mex07 se localisent a la membrane interne de la cellule. La presence de domaines recepteurs de phosphate et histidine phosphotransferase sur ces proteines suggere fortement qu'elles interagissent de concert dans un systeme de transduction de signal a deux composantes. La dissemination des genes codant ces proteines retrouves sur des elements genetiques mobiles donnera des indices quant a leur possible role dans 1'adaptation et la persistance de divers microorganismes dans l'environnement. ii

REMERCIEMENTS Je veux tout d'abord remercier mon directeur de recherche, Dr Vincent Burrus, pour m'avoir accueillie dans son laboratoire au cours de ces dernieres annees. Merci de m'avoir permis de realiser ce projet qui m'aura ete tres gratiflant. J'ai pu approfondir mes connaissances et apprecier davantage la science en l'abordant d'un nouveau point de vue. Merci egalement pour votre disponibilite, vos precieux conseils et pour les nombreuses discussions interessantes. Je remercie mes conseillers, Dr Francois Malouin et Dr Kamal Bouarab, pour m'avoir accompagnee tout au long de Pavancement de mes travaux. Je suis reconnaissante pour vos precieux conseils et vos justes opinions. Je remercie egalement personnellement chacun des membres presents et passes du laboratoire: Genevieve Garriss, Daniela Ceccarelli, Aurelie Daccord, Eric Bordeleau, Eric Brouillette, Dominic Poulin-Laprade, Christine Dery, Mariana Gabriela Ghinet, Ali Farrokhi et Etienne Brizard. Merci pour votre soutien et vos encouragements dans les bons moments comme dans les plus difficiles. Merci infiniment pour votre amitie et pour ces nombreux moments ou nous avons eu tant de plaisir. Je garde en memoire toute la joie que vous m'avez apportee. Vous cotoyer et travailler avec vous rut un honneur! Je tiens aussi a remercier M. Gilles Grondin pour son aide, sa disponibilite et ses precieux conseils pour tout ce qui concerne la microscopic Finalement, je remercie specialement ma famille. Merci infiniment d'avoir toujours ete presents pour moi. Votre soutien, vos encouragements et votre amour m'ont permis de mieux avancer et de ne jamais abandonner! iii

TABLE DES MATIERES SOMMAIRE : i REMERCIEMENTS. iii TABLE DES MATIERES ABREVIATIONS LISTE DES TABLEAUX. x LISTE DES FIGURES INTRODUCTION 1 1.1 Vibrio cholerae : V agent causal du cholera 1 1.1.1 Le cholera, 1 1.1.2 Epidemiologic 2 1.1.3 Pathogenese 4 I.2LesICE 6 1.2.1 La regulation du transfert des ICE 7 1.2.2 Squelette de genes conserves et regions variables des ICE de la famille SXT/R391 10 1.2.3 CaracterisationdTCEFc/?Mexl 12 1.3 Le messager secondaire c-di-gmp, 13 1.3.1 Le mecanisme de synthese et de degradation du c-di-gmp 14 1.3.2 Les recepteurs du c-di-gmp 17 1.3.2.1 Le domaine PilZ 17 1.3.2.2 La proteine FleQ 18 1.3.2.3 Les riboregulateurs 18 1.3.3 Les systemes de transduction de signal a deux composantes regulant le c-di-gmp 19 1.3.4 Les phenotypes associes au c-di-gmp 20 1.3.5 Les applications du c-di-gmp 22 1.4 Premiere evidence de DGC retrouvees sur des elements genetiques mobiles 23 1.5 Hypotheses et objectifs 27 CHAPITRE1 28 MATERIEL ET METHODES 28 iv vii xi iv

1.1 Souches, plasmides et milieux de culture 28 1.2 Construction des souches 28 1.3 Construction des plasmides 31 1.4 Transformation 32 1.5 Essais P-galactosidase 33 1.6 Production de proteines recombinantes 34 1.7 Vaccination animale 35 1.8 Extraction et purification des anticorps IgY des oeufs 36 1.9 Essais immunologiques 37 1.10 Specificite des anticorps sur des lysats bacteriens 37 1.11 Microscopie a epifluorescence 38 1.11.1 Detection de la GFP 38 1.11.2 Detection par immunofluorescence 39 1.12 Fractionnement cellulaire 40 CHAPITRE2 43 RESULTATS 43 2.1 Regulation de l'expression des genes dgck et dgcl 43 2.1.1 Controles negatifs pour la regulation de l'expression 43 2.1.2 Activite du promoteur?dgck en fonction du temps et de la temperature de croissance 45 2.1.3 Activite du promoteur Pd^cATdans differentes conditions de croissance 45 2.1.4 Activite du promoteur VdgcL en fonction du temps et de la temperature de croissance 48 2.1.5 Activite du promoteur VdgcL dans differentes conditions de croissance 48 2.2 Localisation intracellulaire des proteines DgcK, DgcL et Mex07 51 2.2.1 Localisation intracellulaire a l'aide de la GFPmut3 51 2.2.1.1 ControlepositifdelaGFPmut3 52 2.2.1.2 Localisation de la proteine recombinante DgcK::GFPmut3 53 2.2.1.3 Localisation de la proteine recombinante DgcL::GFPmut3 55 2.2.2 Localisation intracellulaire par immunofluorescence 57 2.2.2.1 Caracterisation d'anticorps en vue d'essais de localisation par microscopie a epifluorescence et par fractionnement cellulaire 58 v

2.2.2.1.1 Determination des titres d'anticorps diriges contre DgcK, DgcL et Mex07 58 2.2.2.1.2 Determination de la specificite des anticorps anti-dgck, anti-dgcl et anti- Mex07 sur des lysats bacteriens 60 2.2.2.2 Localisation de la proteine DgcK par microscopie a epifluorescence avec l'utilisation d'anticorps specifiques 63 2.2.2.3 Localisation de la proteine DgcL par microscopie a epifluorescence avec l'utilisation d'anticorps specifiques 66 2.2.2.4 Localisation de la proteine Mex07 par microscopie a epifluorescence avec l'utilisation d'anticorps specifiques 69 2.2.3 Localisation des proteines DgcK, DgcL et Mex07 par fractionnement cellulaire...72 CHAPITRE3 77 DISCUSSION 77 3.1 Conditions deregulation del' expression du promoteur Pdge^ 77 3.2 Localisation polaire de DgcK 81 3.3 Conditions de regulation de l'expression du promoteur YdgcL 84 3.4 Localisation de DgcL et Mex07 85 CONCLUSION 88 BIBLIOGRAPHIE 90 vi

ABREVIATIONS ADN : Acide desoxyribonucleique Ala: Alanine Ap : Ampicilline ARN : Acide ribonucleique Asp : Acide aspartique BSA : Albumine de serum bovin, traduit de l'anglais Bovine Serum Albumine Cm : Chloramphenicol DAPI: 4',6-diamidino-2-phenylindole DGC : Diguanylate cyclase ELISA : Enzyme-linked immunosorbant assays FRT : FLP Recognition Target GFP : Green Fluorescent Protein Glu: Acide glutamique Gly: Glycine g : Grammes GST : Glutathione S-Transferase GTP : Guanosine-5'-triphosphate h : Heure Hg: Mercure HS : Points chauds d'insertion, traduit de l'anglais Hotspots ICE: Elements integratifs conjugatifs, traduit de l'anglais Integrating Conjugative Elements IPTG : Isopropyl 1 -thio-p-d-galactopyranoside kb : Kilopaires de bases kd : Kilo Dalton Km : Kanamycine Leu: Leucine vn

L : Litre ma: Milliamperes min: Minutes mg: Milligrammes ml: Millilitre mm : Millimolaire nm : Nanomolaire ONPG: o-nitrophenyl-beta-galactopyranoside ORF : Cadre de lecture ouvert, traduit de 1'anglais Open Reading Frame pb : Paires de bases PBS : Phosphate Buffer Saline PCR : Reaction de polymerisation en chaine, traduit de 1'anglais Polymerase Chain Reaction PDE : Phosphodiesterase PEG : Polyethyleneglycole Phe : Phenylalanine PMSF : Phenylmethylsulfonyl Fluoride Pro : Proline Sm : Streptomycine Sp : Spectinomycine Su: Sulfamethoxazole TCP : Toxin-coregulated pilus Tm : Trimethoprime TMB : 3, 3', 5, 5' Tetramethylbenzidine Tyr : Tyrosine UFC : Unite Formant Colonie UTR: Untranslated Regions V : Volts VBNC : Viable mais non cultivable, traduit de 1'anglais Viable but non-culturable VPI: Vibrio Pathogenicity Island VPS : Vibrio Polysaccharide viii

Hg: Microgrammes ^L: Microlitre im : Micrometre (j,m : Micromolaire

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1. Souches utilisees dans cette etude 29 Tableau 2. Plasmides utilises dans cette etude 32 Tableau 3. Sequences nucleotidiques des amorces utilisees pour cette etude 33 Tableau 4. Concentrations en j,g/ml des proteines injectees lors de la vaccination 36 x

LISTE DES FIGURES Figure 1 : L'agent etiologique du cholera : la bacterie Vibrio cholerae 2 Figure 2 : Localisation des differents loci sur les deux chromosomes de V. cholerae requis pour sa virulence 4 Figure 3 : Distribution mondiale des ICE de la famille SXT/R391 7 Figure 4 : Representation schematique du transfert conjugatif des ICE de la famille SXT/R391 8 Figure 5 : Representation schematique de 1'induction du transfert des ICE de la famille SXT/R391 9 Figure 6 : Comparaison de la structure des genomes de 13 ICE de la famille SXT/R391 11 Figure 7 : Analyse de la sequence de la region variable s073-traf de plusieurs ICE de la famille SXT/R391 demontrant des genes predits encodant des DGC 13 Figure 8 : Representation schematique des diverses enzymes impliquees dans la signalisation cellulaire par le c-di-gmp 14 Figure 9 : L'aptamere a c-di-gmp retrouve chez V. cholerae, 19 Figure 10 : Representation schematique des differents domaines retrouves chez DgcK, DgcL etmex07 24 Figure 11 : Representation schematique de la phosphorylation putative de DgcL par Mex07.26 Figure 12 : Expression du controle negatif a 37 C et en presence de 0,04 % de sels biliaires et 0,1 % de Triton X-100 44 xi

Figure 13 : Activite du promoteur PdgcK a 30, 37 et42 C 46 Figure 14 : Activite du promoteur YdgcK a 37 C en presence de 0,4 % de sels biliaires et 0,1 % de Triton X-100 47 Figure 15 : Activite du promoteur VdgcL a 30, 37 et 42 C et?dgck a 37 C 49 Figure 16 : Activite du promoteur YdgcL a 37 C en presence de 0,4 % de sels biliaires et 0,1 % de Triton X-100 et?dgck a 37 C en presence de 0,4 % de sels biliaires 50 Figure 17 : LaGFPmut3 est presente partout dans lecytoplasme '. 53 Figure 18 : Champ de la localisation intracellulaire de la proteine recombinante DgcK::GFPmut3 en microscopie a epifluorescence 54 Figure 19 : DgcK::GFPmut3 se localise a un pole cellulaire en microscopie a epifluorescence. 55 Figure 20 : Champ de la localisation intracellulaire de la proteine recombinante DgcL::GFPmut3 en microscopie a epifluorescence 56 Figure 21 : Localisation variable de DgcL::GFPmut3 en microscopie a epifluorescence 57 Figure 22 : Determination des titres d'anticorps 59 Figure 23 : Test de specificite des anticorps anti-dgck, anti-dgcl et anti-mex07 sur des lysats bacteriens 61 Figure 24 : Champs de Pechantillon pour la localisation intracellulaire de la proteine DgcK en immunofluorescence 63 Figure 25 : DgcK se localise a un pole cellulaire en immunofluorescence 64 xn

Figure 26 : DgcK se localise a un pole cellulaire en immunofluorescence avec la microscopie confocale 65 Figure 27 : Champs de l'echantillon pour la localisation intracellulaire de la proteine DgcL en immunofluorescence 66 Figure 28 : Localisation variable de DgcL en immunofluorescence 67 Figure 29 : Localisation variable de DgcL en immunofluorescence avec la microscopie confocale 68 Figure 30 : Champs de l'echantillon pour la localisation intracellulaire de la proteine Mex07 en immunofluorescence 69 Figure 31 : Mex07 se localise de facon diffuse en immunofluorescence 70 Figure 32 : Mex07 se localise de facon diffuse en immunofluorescence avec la microscopie confocale 71 Figure 33 : Localisation de DgcK par fractionnement cellulaire,.73 Figure 34 : Localisation de DgcL par fractionnement cellulaire 74 Figure 35 : Localisation de Mex07 par fractionnement cellulaire 76 Figure 36 : Localisation putative du site de liaison du facteur sigma de phase stationnaire RpoS((7 s ) 78 Figure 37 : Cascade de regulation impliquee dans le controle des genes de virulence chez V. cholerae 79 xiii

INTRODUCTION 1.1 Vibrio cholerae : l'agent causal du cholera 1.1.1 Le cholera Depuis 1817, sept pandemies de cholera ont deja eu lieu (Pang et al, 2007). En 1992, nous sommes entres dans la huitieme pandemie qui persiste malheureusement encore aujourd'hui (Schild et al, 2008). Le cholera est la cause majeure de maladie dans les pays du tiers monde. Les populations y sont elevees et l'eau potable est rare. Les conditions d'hygiene sont egalement defavorables (Chatterjee et al, 2007; Ghosh et al, 2008; Nelson et al, 2009). II touche plusieurs milliers de personnes principalement en Asie et en Afrique, mais aussi en Amerique du Sud (Begum et al, 2006; Navaneethan and Giannella, 2008; Nelson et al, 2008; Nelson et al, 2009). Le cholera est cause par l'ingestion de la bacterie Vibrio cholerae lors de la consommation d'aliments et/ou d'eau contamines (Nelson et al, 2009). Ce pathogene facultatif doit cependant etre ingere en dose suffisamment elevee pour dejouer le systeme immunitaire inne de Phote. V. cholerae va coloniser le petit intestin de 12 a 72 heures avant l'apparition des premiers symptomes (Nelson et al, 2009). La maladie apparait suite au relachement d'une enterotoxine. Elle est caracterisee par des crampes au niveau de l'estomac et des vomissements qui sont suivis par une diarrhee secretoire non-inflammatoire (Nelson et al, 2009). La diarrhee permet le relachement dans Penvironnement de vibrios hyper infectieux et le maintien de la transmission entre individus. Des individus asymptomatiques et symptomatiques vont relacher ces vibrios dans l'environnement, mais ce sont ces derniers qui contribuent le plus fortement a la dissemination (Nelson et al, 2009). Aucune cure miracle n'a encore ete decouverte a ce jour. Le traitement de Pinfection chez les patients atteints de cholera se fait via une rehydratation orale et Pinjection de fluides et d'electrolytes par voie intraveineuse, combinees a la prise d'antibiotiques (Nelson et al, 2009). 1

1.1.2 Epidemiologic V. cholerae est une y-proteobacterie a Gram negatif caracterisee par sa forme de batonnet incurve (Figure 1). Elle fait partie de la famille des Vibrionaceae et est hautement mobile du a la presence d'un unique flagelle polaire (Prescott et al, 1995; Schild et al, 2008). Figure 1 : L'agent etiologique du cholera : la bacterie Vibrio cholerae. Tiree de Waldor et RayChaudhuri (2000). Meme si certaines souches de V. cholerae possedent la capacite d'infecter l'humain et de survivre dans son tractus gastro-intestinal, son habitat naturel regroupe divers environnements aquatiques comme les rivieres, les estuaires et les eaux cotieres (Blokesch and Schoolnik, 2007). Dans son ecosysteme marin, il peut s'associer a diverses structures biotiques comme des organismes aquatiques tels que le phytoplancton et le zooplancton, ou bien s'attacher a des composes abiotiques tel que la chitine, un compose des exosquelettes et des carapaces de crustaces (Meibom et al, 2005; Schild et al, 2008). V. cholerae adhere non seulement a des parois chitineuses mais possede la capacite de degrader la chitine pour l'utiliser comme source de carbone et d'azote (Schild et al, 2008). La chitine augmente egalement la competence de V. cholerae pour 1'acquisition de nouveau materiel genetique par transformation naturelle (Meibom et al, 2005). Sa survie et sa persistance dans les environnements aquatiques sont ainsi favorisees mais aussi renforcees par sa capacite a former des biofilms (Schild et al, 2008). La formation de biofilms par les procaryotes est necessaire a leur pathogenese et leur virulence. V. cholerae ne fait pas exception a cette regie (Karaolis et al, 2005). 2

Les biofilms sont formes par 1'association de communautes bacteriennes, de meme espece ou non, qui vont adherer, via la secretion d'une matrice extracellulaire, a differentes surfaces (Beyhan et al, 2008; D'Argenio and Miller, 2004). Les bacteries se retrouvent ainsi protegees de leur environnement exterieur et d'une eventuelle predation. Les biofilms forment des structures tridimensionnelles ou sont assembles des canaux. Ceux-ci permettent aux microorganismes de tous les niveaux du biofilm d'obtenir des nutriments et d'excreter leurs dechets metaboliques (Bomchil et al, 2003). Chez V. cholerae, un des composes essentiels qui entre dans la formation de la structure tridimensionnelle des biofilms est Pexopolysaccharide VPS {Vibrio Polysaccharide) (Beyhan et al, 2008). La capacite a former des biofilms en milieux aquatiques est associee a un phenotype rugueux chez V. cholerae tandis qu'un phenotype lisse est associe au passage chez l'hote humain lors d'une infection (Yildiz et al, 2004). II existe des souches cliniques et des souches environnementales de V. cholerae. Les souches cliniques responsables des sept premieres pandemies de cholera sont de serogroupe 01. Les serogroupes sont definis par l'antigene O qui est present dans la partie polaire hydrophile des lipopolysaccharides retrouves dans la membrane externe des bacteries a Gram negatif (Chatterjee and Chaudhuri, 2003; Nelson et al, 2009). Elles auraient evoluees d'un ancetre environnemental a l'origine non pathogene pour les humains. (Schild et al, 2008). Le serogroupe Ol est divise en deux biotypes, El Tor et Classique. Ces derniers peuvent etre a leur tour subdivises en 2 serotypes majeurs, soient Inaba et Ogawa (Nelson et al, 2009). En 1992, un nouveau serogroupe a emerge, 0139. L'emergence du serogroupe 0139, au Bangladesh et en Inde, resulte d'une substitution de plusieurs genes dans la region codante pour Pantigene O d'un clone d'une souche Ol El Tor apparue lors de la septieme pandemie de cholera en 1961 (Chatterjee et al, 2007; Nelson et al, 2009). II existe egalement des souches environnementales de V. cholerae presumees comme etant non pathogenes. Elles sont de serogroupes non-ol et non-0139. Bien qu'elles ne soient pas toxigeniques, elles ont tout de meme ete reportees comme agent causal de gastroenterites chez l'humain (Rahman et al, 2008). Elles ont la capacite de mimer le cholera meme si elles ne produisent pas la toxine 3

cholerique (Begum et al, 2006). A ce jour, plus de 200 serogroupes de V. cholerae ont ete repertories (Chatterjee and Chaudhuri, 2003). 1.1.3 Pathogenese V. cholerae possede deux chromosomes circulaires, un de 2,96 millions de pb et un plus petit de 1,07 millions de pb (Figure 2). Sur le plus petit chromosome de V. cholerae, le chromosome II, on retrouve des genes de fonctions cellulaires comme le transport des sucres, des ions metalliques et des anions. Un integron est egalement present sur ce chromosome. II comprend des genes putatifs et est propose comme une source de variations genetiques (Chun et al, 2009; Waldor and RayChaudhuri, 2000). Les integrons sont des elements d'expression genique qui acquierent des cassettes de genes (ORF pour Open Reading Frames) et les convertissent en genes fonctionnels comme par exemple des cassettes de genes de resistance aux antibiotiques. lis s'integrent par recombinaison de facon site-specifique (Mazel et al, 1998). S^ f Una4.htyU oric, J. // S' m MyA hap.* Chromosomefr S)ft 'SCJCS Tiree de Waldor et RayChaudhuri (2000). Figure 2 : Localisation des differents loci sur les deux chromosomes de V. cholerae requis pour sa virulence. Sur le chromosome I, qui est le plus large, on retrouve principalement des genes controlant des fonctions essentielles pour la cellule comme la replication de l'adn, la division cellulaire, la transcription, la traduction et la synthese de la membrane. On retrouve egalement plusieurs 4

loci associes a la virulence de V. cholerae ainsi que des regulateurs de 1'expression de genes de virulence comme ToxR et ToxT (Waldor and RayChaudhuri, 2000). De plus, l'ilot de pathogenicite de Vibrio VPI {Vibrio Pathogenicity Island) est aussi localise sur ce chromosome. Un facteur indispensable pour la colonisation de Pepithelium intestinal par V. cholerae est code par cet ilot, le TCP (Tpxin-cpregulated ilus). Le TCP est un recepteur reconnut par un bacteriophage filamenteux a ADN simple brin nomme CTX< ) (Boyd, 2010). Ce phage peut s'integrer dans le chromosome ou bien se repliquer de facon extrachromosomale comme un plasmide (Dalsgaard et al, 2001). Une seule ou plusieurs copies du genome de CTX<() peuvent s'integrer a des sites specifiques dans le genome de V. cholerae, generalement sur le chromosome I (Dalsgaard et al, 2001; Maiti et al, 2006). II a ete demontre qu'il peut tout de meme s'integrer sur le plus petit chromosome (Nandi et al, 2003). Dans des conditions appropriees, il a ete demontre que les souches toxigeniques de V. cholerae peuvent induire la production de particules extrachromosomiques du phage qui vont lui permettre de se propager dans d'autres souches (Faruque et al, 1998). Ce phage lysogenique CTX(j) transporte l'operon de genes ctxab qui codent pour la toxine cholerique. Elle est responsable de la diarrhee aqueuse qui est le principal symptome des patients colonises par V. cholerae (Maiti et al, 2006; Rahman et al, 2008). La toxine cholerique est de type AB5. Les 5 sous-unites B se lient aux cellules epitheliales intestinales et ces dernieres internalisent la sous-unite A dont l'activite adenosine diphosphate ribosylase agit sur une sous-unite de la proteine G controlant l'activite adenylcyclase (Nelson et al, 2009). La perte de fluides et d'electrolytes est done stimulee chez les cellules intestinales. L'expression des genes ctx et tcp est coregulee par une cascade du systeme de regulation ToxR. ToxR est une proteine transmembranaire regulee par des signaux environnementaux. Elle va se lier sur la sequence nucleotidique en amont des genes ctxab et augmente leur expression. Elle permet egalement la regulation d'au moins 17 autres genes qui font partie du regulon ToxR. On retrouve notamment les genes codant pour des facteurs accessoires de colonisation, des porines et des lipoproteines. ToxR interagit avec une autre proteine 5

transmembranaire, ToxS, qui permet l'augmentation de l'activite de ToxR. Ce reseau de regulation comprend egalement d'autres regulateurs transcriptionnels encore a l'etude (Dalsgaard et al, 2001; Faruque et al, 1998). Les souehes toxigeniques de V. cholerae sont done caracterisees par la presence du gene de la toxine cholerique code par le phage CTX(j) integre, ainsi que par les genes codant pour le recepteur TCP (Dalsgaard et al, 2001). Toujours sur le chromosome I, on retrouve un systeme de secretion de proteines (EPS pour Extracellular Protein Secretion) requit pour 1'export de CTX< >, de la toxine cholerique et d'autres proteases (Waldor and RayChaudhuri, 2000). On retrouve egalement la presence d'autres elements genetiques mobiles importants nommes par l'acronyme ICE pour Integrating Conjugative Elements (Burrus et al, 2002). 1.2 Les ICE Ce terme a ete introduit pour la premiere fois par Burrus et ses collegues pour designer des transposons conjugatifs (2002). Ces elements genetiques mobiles ne sont pas exclusifs a V. cholerae. Les ICE sont retrouves chez differents genres et especes bacteriens, a Gram positif et negatif, et contribuent au transfert horizontal de genes (Burrus et al, 2002; Wozniak and Waldor, 2010). La famille d'ice SXT/R391 est une des plus vastes et des plus etudiees (Figure 3). Certains ICE qu'elle regroupe contribuent au transfert de genes de resistances aux antibiotiques entre microorganismes pathogenes ou non (Burrus et al, 2006a). Elle comprend des ICE detectes chez des isolats cliniques et environnementaux retrouves sur 4 continents au cours des 40 dernieres annees (Burrus et al, 2006a). Cette famille a ete nommee a partir de deux ICE. Le premier est SXT M 10. II a ete decouvert dans un des premiers isolats cliniques de V. cholerae 0139 en 1992, a Madras en Inde. II code pour des resistances a 4 antibiotiques: sulfamethoxazole (Su), trimethoprime (Tm), chloramphenicol (Cm) et streptomycine (Sm) (Waldor et al, 1996). Le second ICE est R391. II a ete decouvert dans un isolat clinique de Providencia rettgeri en 1967, a Pretoria en 6

Afrique du Sud (Coetzee et al, 1972). II code pour des resistances a la kanamycine (Km) et au mercure (Hg) (Burrus et al, 2006a). Tiree de Burrus et al. (2006a). Figure 3 : Distribution mondiale des ICE de la famille SXT/R391. Sur cette carte sont representee l'endroit et l'annee d'ou provient la souche de laquelle les ICE ont ete isoles ainsi que le nom de Porganisme duquel ils ont ete isoles. 1.2.1 La regulation du transfert des ICE Les ICE possedent la capacite de se transferer par conjugaison et s'integrent dans le chromosome de leur cellule hote avec lequel ils se repliquent (Burrus et al, 2006a). Les principales etapes de leur transfert conjugatif sont representees a la figure 4. Suite a un contact physique entre deux cellules bacteriennes dont une porte en son genome un ICE, la regulation de leur transfert peut etre initiee si les conditions environnementales y sont propices. Par exemple, un stress cause par les rayons ultraviolets peut induire le transfert d'un ICE. 7

Donneuse Recep trice o -vw o \ u u Figure 4 : Representation schematique du transfert conjugatif des ICE de la famille SXT/R391. Le chromosome est represente en noir et l'ice en gris. La cellule donneuse entre en contact avec la cellule receptrice. L'ICE s'excise du chromosome a l'aide des proteines Int et Xis et prend une forme circulaire d'adn double brin. Seulement une molecule d'adn simple brin est ensuite transferee vers la cellule receptrice via un pore de conjugaison et a l'aide des proteines de transfert Tra. Le brin complementaire d'adn est alors synthetise dans les deux cellules et la molecule double brin integree au chromosome. Trois etapes principales sont necessaires au transfert de cet element mobile. Tout d'abord, l'ice doit s'exciser du chromosome de sa cellule hote avec l'aide des proteines Int, une recombinase a tyrosine site-specifique et Xis, une excisionase (Burrus and Waldor, 2003). L'ICE excise forme une molecule d'adn double brin circulaire dont seulement un brin sera transfere vers la cellule receptrice via un pore de conjugaison synthetise par l'ice grace aux genes tra (Burrus et al, 2006a; Lawley et al, 2003). Une fois le simple brin d'adn de l'ice transfere dans la cellule receptrice, le brin complementaire d'adn est resynthetise a la fois dans la cellule donneuse et dans la cellule receptrice. Ensuite, grace a Pintegrase Int, l'ice s'integre a l'extremite 5' du gene prfc, qui code pour une proteine impliquee dans la terminaison de la traduction (Beaber et al, 2002; Burrus and Waldor, 2003). Le cycle peut alors recommencer aussi longtemps qu'il reste des cellules receptrices. Les genes permettant le transfert des ICE ne sont pas constitutivement exprimes. lis sont sous le controle du represseur SetR (Figure 5). SetR reprime l'expression d'un promoteur situe en 8